JPH0113963Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈技術分野〉 本考案は、真空保持された密閉系内に熱媒体所
定量充填して集熱回路を形成し、当該回路内にお
ける熱媒の気，液の相変化を利用して蓄熱槽に太
陽熱を蓄熱する太陽熱集熱装置に関し、特に集熱
回路の構成に係る。

〈従来技術〉 従来、熱媒の状態変化を利用した太陽熱集熱装
置としては、例えば図１に示す装置が知られてい
る。第１図において、１は真空保持された密閉経
路内に所定量の熱媒体を充填して成る集熱回路で
あり、２はこの集熱回路１で集めた熱を蓄熱する
ために被加熱媒体を貯留した蓄熱槽である。この
集熱回路１は、太陽熱を吸収する太陽熱集熱器３
と、この集熱器３に液状熱媒を導く比較的小径の
往管４と、この往管４に介装されたポンプ５と、
上記蓄熱槽２内の被加熱媒体６に太陽熱を伝える
ために蓄熱槽２に内設された熱交換器７と、この
熱交換器７に上記集熱器３で気化した熱媒を移送
する復管８と、この熱交換器７で液化した熱媒を
貯留する受液器９と、から構成される。つまり、
この集熱回路１は、太陽熱集熱器３−復管８−熱
交換器７−受液器９−ポンプ５−往管４−太陽熱
集熱器３という循環回路を形成している。１０は
太陽熱集熱器３に設けられた高温センサ、１１は
蓄熱槽２に内設された低温センサ、１２はこの両
センサ１０，１１の出力に基いてポンプ５を制御
する制御部である。

上記構成の装置の動作を説明する。先ず、ポン
プ５が停止している時には、液相の熱媒は受液器
９をはじめポンプ等、前記回路の最下部に溜り、
集熱器３等装置の他の部分は、該部の温度に相当
した気相の熱媒が飽和した状態にある。係る状態
で集熱器３が太陽熱を受けると、前記集熱器３に
内装された高温センサ１０と蓄熱槽２内の被加熱
流体の温度を検知する低温センサ１１の間に発生
した差温を制御部１２が感知し、ポンプ５を動作
させる。これにより、液相の熱媒は往管４を通り
集熱器３に達し、そこで蒸発する。この時、太陽
熱は熱媒の蒸発潜熱の形でとりこまれることにな
る。そして、この気相の熱媒は復管８を通り熱交
換器７へ流入し、被加熱流体へ熱を与えて熱媒自
体は凝縮し液相となつて受液器９へ回収され、以
後同じサイクルを繰り返して蓄熱槽２に貯えられ
た被加熱流体を加熱していくことになる。集熱回
路１に充填される熱媒としては水，フロン系冷媒
等が使用される。又、前記説明では省略したが、
蓄熱槽２、往管４、復管８、受液器９の外周には
断熱材１３が設けられ機器のヒートロスを防止し
ている。

しかしながら上記従来の太陽熱集熱装置には、
次の様な問題があつた。即ち、ポンプ５により上
記集熱器３へ送られる熱媒の送液量が少なすぎる
と、集熱器３での熱媒の蒸発と液補給のバランス
がくずれ、場合によつては集熱器３が部分的に過
熱されて集熱効率が低下するばかりか集熱器３が
破損する恐れがあつた。そこで高日射時に蒸発す
る熱媒の約３倍の量を集熱器１へ送液することに
より集熱効率の改善を計つていたが、更に新たな
問題として、集熱器３で未蒸発の液相の熱媒が必
ず存在し、この液相の熱媒が復管８を通つて気相
の熱媒と共に熱交換器７へ流入していた。その為
に、前記熱交換器７の内面には熱交換器７での凝
縮分と合わせて非常に厚い液膜が形成され、それ
が熱抵抗となり、この熱交換器７での熱交換効率
を低下させていた。

〈目的〉 本考案は上記の欠点に鑑み成されたものであつ
て、熱交換器における熱交換率の向上を計ると共
にポンプ出力の低減を計ることを目的とする。

〈実施例〉 以下本考案の実施例を図面に基いて説明する。
尚、従来例と同一部分については同一符号を付
し、説明を省略する。

第２図は本考案実施例の説明図である。この第
２図において、１は集熱回路、２は蓄熱槽であつ
て、この回路１は、液相熱媒を導入する入口管３
ａ及び気相熱媒を吐出する出口管３ｂを有する太
陽熱集熱器３と、この太陽熱集熱器３に液相熱媒
を導く比較的小径の往管４と、この往管４に介装
されたポンプ５と、上記蓄熱槽２内の被加熱媒体
６に太陽熱を伝える熱交換器７と、この熱交換器
７に上記太陽熱集熱器３で気化した熱媒を移送す
る比較的大径の復管８と、この熱交換器７で液化
した熱媒を貯留する受液器９と、から構成され
る。１４はポンプ５吐出側の往管４に介装される
逆止弁であつて、この逆止弁１４はポンプ５によ
つて太陽熱集熱器３に圧送された液相熱媒が受液
器９に逆流するのを防止している。１５は、上記
太陽熱集熱器３近傍に設けられた気液分離器であ
る。この気液分離器１５は、拡大図である第３図
にも示すように、密閉容器状を成すものであつ
て、上部側には太陽熱集熱器３の出口管３ｂが内
部に突出するように接続されると共に気相熱媒の
みを熱交換器７に移送する復管８が接続され、下
部側底面には集熱器３の入口管３ａと往管４との
接続点に接続された比較的小径の液管１６が接続
されている。つまり、この気液分離器１５の底面
には、液管１６を介して入口管３ａ及び往管４が
接続されていることになる。この気液分離器１５
内には、ステム１７ａ及びこのステム１７ａに摺
動自在に装着されたフロート１７ｂから成るフロ
ートスイツチ１７が内設されている。このフロー
トスイツチ１７は、気液分離器１５内の液面レベ
ルが低レベルＢより低くなればポンプ５を駆動し
高レベルＡになればポンプ５を停止する、つまり
分離器１５内の液面レベルを一定範囲に保つよう
に、ポンプ５の発停を制御する制御部１２に信号
を出力する。尚、上記集熱回路１は、経路内を真
空引した後所定量フロン系等の熱媒が充填され
る。又、１８は被加熱媒体６の過熱防止用の温度
センサであつて、被加熱媒体の温度が一定温度以
上になればポンプ５を停止させる。

次に上記構成の装置の動作説明を行う。先ず、
装置の施工を終えた時点では集熱器３、気液分離
器１５内には熱媒が存在しないため、上記フロー
トスイツチ１７の作用によつてポンプ５が駆動し
熱媒を太陽熱集熱器３に圧送する。この時日射が
無ければ集熱器３内に熱媒が満され更に出口管３
ｂをオーバーフロー管として気液分離器１５内に
熱媒が流入し、気液分離器１５内のレベルがＡに
なつた時点でポンプ５が停止する。次に、太陽熱
集熱器３が日射を受けると、該集熱器３内の熱媒
は、太陽熱を受けて蒸発を始める。太陽熱集熱器
３で蒸発した熱媒は出口管３ｂより吐出されて気
液分離器１５内に流入し、ここで気相熱媒のみが
復管８に流入し液状熱媒は気液分離器１５内に貯
留されることになる。（ポンプ停止時においては
液相熱媒が出口管３ｂより吐出されることはほと
んどない。）復管８に流入した気相熱媒は熱交換
器７に至つてここで凝縮し、自身の凝縮潜熱で蓄
熱槽２内の被加熱媒体６を加熱する。凝縮した熱
媒は、順に受液器９内に貯留され、再びポンプ５
によつて太陽熱集熱器３に送られる。一方、気液
分離器１５内の液相熱媒は、気液分離器１５が液
管１６を介して入口管３ａに接続されているの
で、太陽熱集熱器３内の熱媒が蒸発によつて減少
するに従つて太陽熱集熱器３に供給され、次第に
レベルが低下していく。ここでレベルがＢにまで
低下すれば、フロートスイツチ１７及び制御部１
２の動作によつてポンプ５が駆動され、受液器９
内の液相熱媒が分離器１５内のレベルがＡになる
まで太陽熱集熱器に送られる。以下同じサイクル
を繰り返して蓄熱槽２内の被加熱媒体６を加熱す
る。

第３図は本考案の他の実施例の説明図であつ
て、気液分離器１５の上部側に往管４が接続され
下部底面に太陽熱集熱器３の入口管３ａが接続さ
れている。尚、往管４を接続する位置は、フロー
トスイツチ１７がポンプ停止レベルより上位であ
る必要がある。従つて、第２図に示した前記実施
例に比較して、気液分離器１５内の液相熱媒が受
液器９に逆流することがないので、往管４に介装
されていた逆止弁を廃止することができる。

尚、上記実施例において、気液分離器内に設け
た制御手段としてフロートスイツチを示したが、
その他分離器内のレベルを検知してポンプの発停
を制御するものとして、レベル検知用の端子を分
離器内に設けるもの等種々なものが考えられ、こ
の制御手段は、気液分離器内のレベルを一定範囲
に保持するものであれば良いものである。

〈効果〉 以上本考案によれば、上記太陽熱集熱器近傍
に、少なくとも上記出口管及び復管が上部側に接
続されると共に入口管が下部側に接続される気液
分離器を設けたので、太陽熱集熱器から気相及び
液相の熱媒が出口管より吐出された場合には、こ
の気液分離器で気相熱媒と液相熱媒とを分離して
気相熱媒のみを復管へ供給することができる。従
つて、気相熱媒のみを熱交換器に送ることができ
従来熱交換器で生じていた液相熱媒による熱交換
率の低下をなくすことができ、効率良く太陽熱を
集熱することができる。しかも、この気液分離器
内には該分離器内の液レベルが一定範囲のみ上記
ポンプを駆動する制御手段を設けたので、この分
離器の液レベルに応じてポンプを制御することが
できる。従つて、一般にポンプの発停を制御する
ために太陽熱集熱装置において用いられる高温側
センサ、低温側センサ或いは日射センサ等は必要
なくなる。又、集熱器近傍に設けた気液分離器内
の液面レベルに応じてポンプを発停するので、集
熱器内の液面レベルを常に一定に保持することが
でき、集熱効率を向上させることができる。又、
分離器内の液面レベルを一定にすべくポンプを発
停して必要な時に必要なだけの量の熱媒をポンプ
で集熱器に送るので、蒸発に不要な熱媒を送るこ
とがなく効率良くポンプを駆動することができ、
ポンプ動力の軽減を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の装置の説明図、第２図は、本
考案実施例の説明図、第３図は、気液分離器の拡
大断面図、第４図は、他の実施例の説明図。 １：集熱回路、２：蓄熱槽、３：太陽熱集熱
器、３ａ：入口管、３ｂ：出口管、４：往管、
７：熱交換器、８：復管、９：受液器、１５：気
液分離器、１７：制御手段（フロートスイツチ）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 真空保持された密閉路内に熱媒を所定量充填
   した集熱回路と、この集熱回路で集められる太
   陽熱を蓄熱する蓄熱槽とから成り、 この集熱回路は、熱媒を導入する入口管及び
   熱媒を吐出する出口管を備える太陽熱集熱器
   と、この集熱器に液状熱媒を導く往管と、この
   集熱器で気化した熱媒の熱を蓄熱槽内の被加熱
   媒体に伝える熱交換器と、上記集熱器で気化し
   た熱媒を熱交換器に移送する復管と、当該系路
   内の熱媒を貯留する受液器と、液状熱媒を上記
   集熱器へ移送するポンプと、から構成される太
   陽熱集熱装置において、 上記太陽熱集熱器近傍に、少なくとも上記出
   口管及び復管が上部側に接続されると共に入口
   管が下部側に接続される気液分離器を設け、 この気液分離器内には、該分離器内の液レベ
   ルが一定範囲のみ上記ポンプを駆動する制御手
   段を設けたことを特徴とする太陽熱集熱装置。 ２ 上記制御手段は、フロートスイツチ、制御回
   路を含むことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の太陽熱集熱装置。